Грибы-«зомби», порабощающие насекомых, — это не только страшилка современной массовой культуры. Две крошечные окаменелости, застывшие в бирманском янтаре, доказывают, что эти паразиты охотились на муравьев и мух практически 100 миллионов лет назад на территории современной Мьянмы.
Два вида грибов, описанные недавно в Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, — Paleoophiocordyceps gerontoformicae и Paleoophiocordyceps ironomyiae — прорастали из своих давно погибших хозяев точно так же, как их современные энтомопатогенные родственники. Как видно, эта жестокая стратегия практикуется с древнейших времен.
Во времена расцвета динозавров
Янтарь из долины Хукаунг сохранил куколку муравья с тонким грибным отростком и муху, пронзенную вторым, похожим на снаряд стромом. Расположение роста грибков повторяет метод, которым их современные родственники прорастают из мягких сочленений после последнего вздоха хозяина.
Палеонтологи восстановили картину и предположили, что муравья, по-видимому, утащили подальше от гнезда до того, как инфекция перешла в стадию разбрызгивания спор. Социальные насекомые часто изолируют больных сородичей, и такая профилактика заражений уже существовала в меловом периоде.
«Удивительно, что некоторые странности современного мира природы были уже в эпоху расцвета динозавров», — заметил профессор Эдмунд Яжембовски из Музея естествознания Лондона.
Исследователи подсчитали колбовидные перитеции — микроскопические камеры, где созревают половые споры, — на окаменелых стеблях. Их расположение связывает древний род с современными Ophiocordyceps, хотя эти линии разошлись более 130 миллионов лет назад.
Репродуктивные органы ископаемых патогенов изредка сохраняются целыми. Это делает каждую новую находку потенциальным окном в экологию болезней далекого прошлого.
Что делает грибок «зомби»
Крошечная спора Ophiocordyceps проникает через экзоскелет живого насекомого и обосновывается в его гемолимфе. Химические сигналы грибка направляют жертву на место, где ветер максимально способствует распространению спор, выпущенных после смерти.
Исследование генома видов, поражающих муравьев, выявило десятки генов, кодирующих белки, похожие на энтеротоксины. Это говорит о том, что гриб перестраивает мышцы и нервы, используя те же приемы, что и бактерии, нарушающие работу кишечника млекопитающих.
По мере развития инфекции гены, связанные с серотониновыми и дофаминовыми путями у муравья, резко активизируются или подавляются, что точно совпадает с моментом так называемого «смертельного захвата».
Янтарь как природная капсула времени
Древесная смола запечатывает мягкие тела за минуты и затвердевает в янтарь, устойчивый к воде, кислороду и микробному разложению. Эта герметичная защита позволяет исследователям изучать кутикулу насекомых вместе с грибными нитями тоньше человеческого волоса.
Качинский янтарь славится своей прозрачностью, потому его охотно используют ювелиры. Мутные куски огранщики обычно выбрасывают — но именно в них могут скрываться наилучшие биологические включения. По этой причине исследователи просеивают отвалы в поисках упущенных образцов, а не стимулируют новую добычу.
Поскольку смола застывает слоями, один кусок может сохранить моменты, разделенные часами. Такая слоистость помогает датировать биологические события с необычайной точностью, когда месторождение окружено вулканическими пепловыми отложениями.
Ключи к эволюции насекомых
Сравнительная анатомия и молекулярные часы помещают Paleoophiocordyceps на ветвь, отделившуюся от современного гриба-зомби муравьев в раннем меловом периоде — в то время, когда цветковые растения начали реконструировать наземные пищевые цепи.
Анализ смены хозяев в исследовании показал вероятный переход гриба с жуков на мух и муравьев, что отражает распространение опылителей и социальных насекомых. Такие скачки подчеркивают, как судьба паразита связана с судьбой его предпочтительной жертвы.
Жуки уже процветали в разлагающейся древесине — среде, достаточно влажной для грибных спор, а возникновение цветов в кронах деревьев привело к освоению муравьями новых ниш. Грибок, можно сказать, следовал за своей добычей, адаптируя свой инструментарий к каждому типу кутикулы.
Контроль со стороны паразитов мог сдерживать взрывной рост численности насекомых задолго до того, как птицы или летучие мыши развили изощренный аппетит к шестиногим.
Эта невидимая регулирующая сила может объяснить относительно стабильные следы повреждений травоядных насекомых на ископаемых листьях мелового периода, несмотря на резкий рост их разнообразия.
История повторяется
Полевые исследования в Таиланде показывают, что кладбища зараженных муравьев встречаются обычно в местах с влажностью выше 95%, что говорит о потребности паразита в особом микроклимате.
Значимо и время нападения. Зараженные муравьи-древоточцы чаще всего вцепляются в листья в полдень, что указывает на синхронизацию циркадных генов гриба с биологическими часами хозяина.
Когда трупы накапливаются, каждый грибной стебель выпускает миллионы спор, но заражения остаются локальными. Чистка гнезда, удаление трупов и антимикробные выделения предотвращают уничтожение всей колонии.
Лабораторные испытания с грибами-универсалами показывают компромисс между скоростью убийства и количеством спор: паразиты, действующие слишком быстро, ухудшают распространение.
Почему это значимо
Энтомологи уже используют грибные биопестициды против саранчи и сельскохозяйственных вредителей. Этот эффективный метод не требует применения ядовитых химикатов — а подсказки, полученные от ископаемых грибков, помогут его усовершенствовать.
Климатические модели предсказывают, что более теплые ночи и изменение осадков расширят среду обитания многих грибковых патогенов. Отслеживание их эволюции помогает прогнозировать, какие группы насекомых — полезные или вредные — окажутся под угрозой.